【MongoDB】MongoDB从零开始详细教程 核心概念与原理 环境搭建 基础操作

一、核心概念与原理

1. 核心组件

概念	作用	类比关系型数据库
文档(Document)	数据存储基本单元，采用BSON格式（如JSON）	表中的一行数据
集合(Collection)	文档的容器，无需固定结构（Schema-less）	数据表（Table）
数据库(Database)	多个集合的命名空间容器	数据库（Database）

2. MongoDB vs 关系型数据库

特性	MongoDB	MySQL
数据结构	灵活（动态Schema）	固定结构（需预定义字段）
扩展方式	水平扩展（分片集群）	垂直扩展（升级硬件）
查询语言	类JavaScript语法	SQL
适用场景	非结构化数据、快速迭代、高并发读写	强事务、复杂关联查询

BSON优势：二进制JSON，支持日期、二进制流等类型，存储效率高于JSON。

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二、环境搭建（Windows/Linux/CentOS）

1. Windows安装

# 1. 官网下载MSI安装包（社区版）
# 2. 勾选"Install as Service"（自动注册为系统服务）
# 3. 配置环境变量：添加 `C:\Program Files\MongoDB\Server\7.0\bin` 到PATH
# 4. 启动服务：`net start MongoDB` 或命令行 `mongod --dbpath D:\mongo_data`

2. CentOS安装

# 1. 创建数据目录并授权
sudo mkdir -p /data/db
sudo chown -R mongodb:mongodb /data/db# 2. 通过YUM安装
sudo yum install -y mongodb-org# 3. 启动服务
sudo systemctl start mongod

3. 连接验证

mongo  # 进入Shell
> db.version()  # 查看版本
> show dbs      # 显示所有数据库

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三、基础操作（CRUD）

1. 数据库与集合操作

use testdb                  // 创建/切换数据库（插入数据后生效）
db.createCollection("users") // 显式创建集合
db.users.drop()              // 删除集合
db.dropDatabase()            // 删除当前数据库（需先use目标库）

2. 文档增删改查

// 插入文档
db.users.insertOne({name: "Alice", age: 25})
db.users.insertMany([{name: "Bob"}, {name: "Charlie"}])// 查询文档
db.users.find()                          // 查询所有
db.users.find({age: {$gt: 20}})         // 条件查询（age>20）
db.users.findOne({name: "Alice"})        // 查询单条// 更新文档
db.users.updateOne({name: "Alice"}, {$set: {age: 26}})  // 更新单条
db.users.updateMany({}, {$inc: {age: 1}})               // 所有文档age+1// 删除文档
db.users.deleteOne({name: "Bob"})
db.users.deleteMany({age: {$lt: 18}})

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四、高级特性与优化

1. 索引优化

索引类型	创建命令	适用场景
单键索引	db.users.createIndex({age: 1})	频繁按age查询
复合索引	db.users.createIndex({name:1, age:-1})	多字段排序或条件查询
TTL索引	db.logs.createIndex({time:1}, {expireAfterSeconds:3600})	自动清理过期数据（如日志）

2. 聚合管道（Aggregation）

// 统计各年龄段用户数量
db.users.aggregate([{ $group: { _id: "$age", count: {$sum: 1} }},{ $sort: {count: -1} }
])

3. 分片集群与副本集

• 副本集：一主多从架构，主节点处理写请求，从节点提供读负载均衡，自动故障转移。
• 分片集群：通过分片键（如user_id）将数据分布到多台机器，解决海量数据存储问题。

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五、编程语言集成（Node.js/Python）

1. Node.js操作MongoDB

const { MongoClient } = require('mongodb');
const uri = "mongodb://localhost:27017";async function run() {const client = new MongoClient(uri);await client.connect();const db = client.db('testdb');const users = db.collection('users');// 插入文档await users.insertOne({ name: "Eva", role: "admin" });// 查询文档const result = await users.find({ role: "admin" }).toArray();console.log(result);
}
run();

2. Python操作MongoDB（PyMongo）

from pymongo import MongoClientclient = MongoClient('mongodb://localhost:27017')
db = client['testdb']
users = db['users']# 批量插入
users.insert_many([{"name": "Tom", "score": 85},{"name": "Jerry", "score": 92}
])# 范围查询
results = users.find({"score": {"$gt": 90}})
for doc in results:print(doc)

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六、运维与监控

1. 备份与恢复

# 备份整个数据库
mongodump --db testdb --out /backup/# 恢复数据库
mongorestore --db testdb /backup/testdb/

2. 性能监控命令

db.serverStatus()      # 查看服务器状态
db.currentOp()         # 查看当前操作
db.stats()             # 数据库统计信息

3. 安全配置

# 启用身份验证（在mongod.conf中添加）
security:authorization: enabled# 创建管理员
use admin
db.createUser({user: "admin",pwd: "password",roles: ["root"]
})

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学习路径

1. 新手阶段：掌握CRUD操作 + 理解BSON文档模型
2. 进阶方向：
   • 索引设计优化（避免全表扫描）
   • 聚合管道处理复杂分析
   • 分片集群应对海量数据
3. 生产实践：
   • 副本集保障高可用
   • 编程语言集成（Node.js/Python优先）

官方资源：
- MongoDB中文手册
- MongoDB中文社区
工具推荐：
- 可视化工具：MongoDB Compass
- 性能分析：mongostat、mongotop
按此路径学习，可逐步从入门到精通，应对企业级应用开发与运维需求。